1.11.6. Расчет равновесных концентраций ионов разной валентности

В равновесии с металлом в водных растворах и расплавленных солях, как правило, находятся ионы разной валентности. Концентрации этих ионов рассчитываются по величине равновесного потенциала металлического электрода и значениям окислительно-восстановительных потенциалов

Пример

Рассчитать равновесную концентрацию ионов одновалентной меди, если концентрация ионов двухвалентной меди равна 1 моль/л, а значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов равны:

E^о_Cu²⁺/_Cu ⁼ 0,337 В, E^о_Cu²⁺/_Cu⁺=0,153 В.

Решение

По уравнению Нернста рассчитываем значение равновесного потенциала медного электрода по величинам E^о_Cu²⁺/_Cu и известной концентрации ионов двухвалентной меди:

Е = E^о_Cu²⁺/_Cu+[RT/(2F)]lnC_Сu²⁺ = 0,337+[8,314298/(296484)]lnl = 0,337В. Рассматривая этот потенциал как окислительно-восстановительный для системы Cu²⁺/Cu⁺, можно записать

E_Cu²⁺/_Cu⁺ = E^о_Cu²⁺/_Cu⁺ + [RT/F]InC_Cu²⁺/С_Cu⁺.

Подставив в это уравнение известные величины, получаем выражение для расчета концентрации ионов одновалентной меди:

0,337 = 0,153 + [(8,314 298)/96484]lnl/С_Cu⁺.

Решив его, получаем С_Cu⁺= 7,7310^-4 моль/л.

Индивидуальные контрольные задания

По величинам стандартных окислительно-восстановительных потенциалов контрольного задания 1.11.5 рассчитать равновесную концентрацию ионов низшей валентности при известной концентрации ионов высшей валентности, моль/л:

Группа 1 - 2 (вар.1-10), 3 (вар.11-20), 4 (вар.21-30);

Группа П -0,1 (вар.1-10), 0,2 (вар.11-20), 0,3 (вар.21-30);

Группа Ш - 0,01 (вар.1-10), 0,02 (вар.11-20), 0,03 (вар.21-30).

1.12.Контрольные вопросы

1. Предмет электрометаллургии.

2. Предмет электрохимии.

3. Важнейшие области применения электрометаллургии цветных металлов.

4. Причины возникновения скачка потенциала и двойного слоя на границе раздела «электрод-электролит».

5. Чем определяется знак заряда поверхности металла в двойном электрическом слое?

6. Строение двойного слоя по Кольраушу-Гельмгольцу.

7. Строение двойного слоя по Гуи-Чапмену.

8. Строение двойного электрического слоя по Штерну.

9. Сущность явления электроосмоса. Что оно подтверждает?

10.Сущность явления электрофореза. Что оно подтверждает?

11.Что представляет собой электрокапиллярная кривая и что она подтверждает?

12. Смысл понятия "Потенциал нулевого заряда".

13. Что представляет собой гальванический элемент?

14. Пример записи гальванического элемента.

15. Примеры простого и сложного гальванического элементов.

16. Пример обратимого гальванического элемента.

17. Пример необратимого гальванического элемента.

18. Принципы расчета ЭДС гальванического элемента по термодинамическим характеристикам веществ, участвующих в токообразующей реакции.

19. Принцип расчета температурной зависимости ЭДС по термодинамическим характеристикам веществ, участвующих в реакции.

20. Принцип расчета термодинамических характеристик веществ по результатам измерения ЭДС.

21. Общий вид уравнения Нернста.

22. Электроды первого рода (пример). На какие ионы они реагируют?

23. Электроды второго рода(пример). На какие ионы они реагируют?

24. Электроды третьего рода(пример). На какие ионы они реагируют?

25.Окислительно-восстановительные электроды. Что они из себя представляют и на какие ионы реагируют?

26. Правило Лютера.

27. Что представляет собой водородный электрод сравнения?

28. Дать определение стандартного потенциала.

29. Взаимосвязь "стандартного" и "условного стандартного" потенциалов.

30. Для чего нужен ряд напряжений металлов?